一种含环戊基和三氟甲基结构的液晶化合物及其应用技术领域
本发明涉及液晶显示材料领域，特别涉及一种液晶化合物、组合物及其应用，更具
体地说，本发明涉及一种新型的含环戊基和三氟甲基结构的负介电各向异性液晶化合物以
及包括所述液晶化合物的液晶组合物。
背景技术
液晶材料作为环境材料在信息显示材料、有机光电子材料等领域中的应用具有极
大的研究价值和美好的应用前景。液晶材料作为新型显示材料有许多优势，如功耗极低，驱
动电压低。同时与其他材料相比，还具有体积小、重量轻、长寿命、显示信息量大、无电磁辐
射等优点，几乎可以适应各种信息显示的要求，尤其在TFT-LCD(薄膜晶体管技术)产品方
面。
液晶材料要求具备良好的化学和热稳定性，良好的对电场和电磁辐射的稳定性，
较宽的向列相温度范围，适当的折射率、介电各向异性，较快的响应速度和高的电压保持
率。
目前，TFT-LCD产品技术已经成熟，成功地解决了视角、分辨率、色饱和度和亮度等
技术难题，大尺寸和中小尺寸TFT-LCD显示器在各自的领域已逐渐占据平板显示器的主流
地位。但是对显示技术的要求一直在不断的提高，要求液晶显示器实现更快速的响应，降低
驱动电压以降低功耗等方面，随着显示技术的发展，对液晶材料也提出了更高的要求，尤其
是在快速响应，降低驱动电压，降低功耗等方面。
为了改善材料的性能使其适应新的要求，新型结构液晶化合物的合成及结构-性
能关系的研究成为液晶领域的一项重要工作。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种新型的负介电各向异性的液晶化合物，该化合物具
有较高的负介电各向异性、良好的液晶互溶性、相对低的旋转粘度等优点，这些正是改善液
晶材料所需要的，具有重要的应用价值。
本发明所述的液晶化合物，具有如下结构：
在通式I中，R1表示H或具有1-10个碳原子的烷基，R2表示具有1-10个碳原子的烷基
或烷氧基，环A表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基或1-4个氢原子被氟原子取代的1,4-亚苯基，
环B表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基或1-4个氢原子被氟原子取代的1,4-亚苯基，m为0、1或
2，n为0或1，且m，n不同时为0。
优选地，在通式I中，R1表示H或具有1-5个碳原子的烷基，R2表示具有1-5个碳原子
的烷基或烷氧基，环A表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基或1-4个氢原子被氟原子取代的1,4-
亚苯基，环B表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基或1-4个氢原子被氟原子取代的1,4-亚苯基，m
为0、1或2，n为0或1，且m，n不同时为0。
作为更优选的技术方案，在通式I中，R1表示H或具有1-5个碳原子的烷基，R2表示具
有1-5个碳原子的烷基或烷氧基，环A表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基或1-2个氢原子被氟原
子取代的1,4-亚苯基，环B表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基或1-2个氢原子被氟原子取代的
1,4-亚苯基，m为0或1，n为0或1，且m，n不同时为0。
作为本发明优选的实施方式，在通式I中，环A表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基，环B
表示1,4-亚苯基、1,4-亚环己基或1-2个氢原子被氟原子取代的1,4-亚苯基，m为0或1，n为
1。
作为进一步优选的技术方案，所述液晶化合物选自如下化合物的一种：
在I-1～I-12中，R1表示H或具有1-5个碳原子的烷基，R2表示具有1-5个碳原子的烷
基或烷氧基。
作为更进一步优选的实施方式，在通式I中，环A表示1,4-亚环己基，环B表示1,4-
亚苯基、1,4-亚环己基或2个氢原子被氟原子取代的1,4-亚苯基，m为0或1，n为1。
作为本发明的最佳实施方式，所述液晶化合物选自如下化合物的一种：
本发明的第二目的是提供所述液晶化合物的制备方法。
通式(I)合成路线如下：
具体包括以下步骤：
(1)通过还原剂还原，得到
(2)与有机锂试剂反应，再与硼酸酯反应，得到
(3)通过氧化反应，得到
(4)与为原料反应，得
到
其中，各步骤所涉及化合物中的R1、R2、m、n、环A、环B与所得液晶化合物产物中R1、
R2、m、n、环A、环B代表的基团相对应。
上述方法所述步骤
所述步骤1)中与还原剂的投料摩尔比为1∶
0.5～3.0，反应温度-30～80℃；
其中，所述还原剂选自硼氢化钠、硼氢化钾、红铝或四氢铝锂中的一种或几种。
所述步骤2)中有机锂试剂与硼酸酯的投料摩尔比为1∶1.0～1.8∶
1.0～2.0，反应温度-50～-100℃；
其中，所述有机锂试剂选自正丁基锂、仲丁基锂、叔丁基锂或正丁基锂与叔丁醇钾
中的一种或几种，所述硼酸酯选自硼酸三甲酯、硼酸三异丙酯、硼酸三丁酯或硼酸三异丁酯
中的一种或几种。
所述步骤3)中，与氧化剂的投料摩尔比为1∶1.0～4.0，反
应温度40～80℃；
上述氧化剂可选自双氧水或间氯过氧苯甲酸，优选为双氧水。
所述步骤4)中，与
DIAD的投料摩尔比为1∶1.0～2.0∶1.0～3.0，反应温度-10～50℃。
本发明所述的方法，在必要时会涉及常规后处理，所述常规后处理具体如：用二氯
甲烷、乙酸乙酯或甲苯萃取，分液，水洗，干燥，真空旋转蒸发仪蒸发，所得产物用减压蒸馏
或重结晶和/或色谱分离法提纯，即可。
采用上述制备方法能够稳定、高效地得到本发明所述的液晶化合物。
本发明的第三目的是保护含有所述液晶化合物的组合物。所述液晶化合物在组合
物中的质量百分比为1～60％，优选为3～50％，进一步优选为5～25％。
本发明的第四目的是保护所述液晶化合物以及含有所述液晶化合物的组合物在
液晶显示领域的应用，优选为在液晶显示装置中的应用。所述的液晶显示装置包括但并不
限于TN、ADS、VA、PSVA、FFS或IPS液晶显示器。使用了所述液晶化合物或含有所述液晶化合
物的组合物具有极高的负介电各向异性，旋转粘度低，从而有效降低驱动电压，提高了液晶
显示装置的响应速度，同时具有光学各向异性数值适中、电荷保持率高等特点。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
所述原材料如无特别说明，均能从公开商业途径获得。
按照本领域的常规检测方法，通过线性拟合得到液晶化合物的各项性能参数，其
中，各性能参数的具体含义如下：
△n代表光学各向异性(25℃)；△ε代表介电各向异性(25℃，1000Hz)；γ1代表旋
转粘度(mPa.s，25℃)。
实施例1
液晶化合物的结构式为：
制备化合物BYLC-01的合成线路如下所示：
具体步骤如下：
(1)化合物BYLC-01-1的合成：
氮气保护下，向反应瓶中加入20.8g 2-氟-3-三氟甲基苯乙醚，150ml四氢呋喃，控
温-70～-80℃滴加0.12mol正丁基锂的正己烷溶液，滴毕保温反应1小时，控温-70～-80℃
滴加15.9g硼酸三甲酯，然后自然回温至-30℃。加入2M盐酸水溶液300ml进行酸化，进行常
规后处理，石油醚重结晶得到浅黄色固体(化合物BYLC-01-1)23.2g，HPLC：98.5％，收率
92％；
(2)化合物BYLC-01-2的合成：
向反应瓶中加入20g化合物BYLC-01-1和100ml四氢呋喃，回流下滴加0.16mol双氧
水，滴毕回流反应1小时。进行常规后处理，得到淡粉色固体(化合物BYLC-01-2)16.7g，GC：
99.2％，收率94％；
(3)化合物BYLC-01-3的合成：
向反应瓶中加入4.6g氢化铝锂和300ml四氢呋喃，滴加38.0g环戊基苯甲酸和80ml
四氢呋喃组成的溶液，滴毕回流反应3小时，加入酒石酸钾钠水溶液淬灭反应，进行常规后
处理，得到白色固体(化合物BYLC-01-3)26.4g，HPLC：99.5％，收率75％；
(4)化合物BYLC-01的合成：
氮气保护下，向反应瓶中加入12.2g化合物BYLC-01-3，15.5g BYLC-01-2，21.8g三
苯基膦，100ml二氯甲烷，控温-5～5℃滴加16.7g DIAD和30ml二氯甲烷组成的溶液，滴毕保
温反应0.5小时，自然升温，室温反应3小时，加入100ml水淬灭反应，进行常规后处理，得到
白色固体(化合物BYLC-01)23.1g，GC：99.6％，收率87.4％；
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-01进行分析，产物的m/z为382.1(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):1.25-2.10(m,11H),2.45-2.94(m,1H),3.75-4.05(m,2H),
5.01-5.63(m,2H),6.25-7.30(m,6H)。
实施例2
液晶化合物的结构式为：
制备化合物BYLC-02的合成线路如下所示：
具体步骤如下：
(1)化合物BYLC-02-1的合成：
向反应瓶中加入6.8g氢化铝锂和300ml四氢呋喃，滴加29.4g环戊基环己基甲酸和
80ml四氢呋喃组成的溶液，滴毕回流反应3小时，加入酒石酸钾钠水溶液淬灭反应，进行常
规后处理，得到白色固体(化合物BYLC-02-1)21.0g，HPLC：99.3％，收率77％；
(2)化合物BYLC-02的合成：
氮气保护下，向反应瓶中加入18.2g化合物BYLC-02-1，22.4g BYLC-01-2，26.2g三
苯基膦，100ml二氯甲烷，控温-5～5℃滴加20.2g DIAD和30ml二氯甲烷组成的溶液，滴毕保
温反应0.5小时，自然升温，室温反应3小时，加入100ml水淬灭反应，进行常规后处理，得到
白色固体(化合物BYLC-02)33.0g，GC：99.5％，收率85.2％；
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-02进行分析，产物的m/z为388.1(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):1.25-2.13(m,22H),3.75-4.10(m,4H),6.23-6.87(m,2H)。
实施例3
液晶化合物的结构式为：
制备化合物BYLC-03的合成线路如下所示：
具体步骤如下：
(1)化合物BYLC-03-1的合成：
向反应瓶中加入4.6g氢化铝锂和300ml四氢呋喃，滴加27.2g环戊基环己基苯甲酸
和80ml四氢呋喃组成的溶液，滴毕回流反应3小时，加入酒石酸钾钠水溶液淬灭反应，进行
常规后处理，得到白色固体(化合物BYLC-03-1)20.5g，HPLC：99.6％，收率79.5％；
(2)化合物BYLC-03的合成：
氮气保护下，向反应瓶中加入20.0g化合物BYLC-03-1，19.1g BYLC-01-2，30.5g三
苯基膦，100ml二氯甲烷，控温-5～5℃滴加23.5g DIAD和30ml二氯甲烷组成的溶液，滴毕保
温反应0.5小时，自然升温，室温反应3小时，加入100ml水淬灭反应，进行常规后处理，得到
白色固体(化合物BYLC-03)30.2g，GC：99.7％，收率84.2％；
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-03进行分析，产物的m/z为464.2(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):1.25-2.03(m,21H)，2.45-2.87(m,1H),3.55-4.05(m,2H),
5.10-5.45(m,2H),6.13-7.25(m,6H)。
实施例4
液晶化合物的结构式为：
制备化合物BYLC-04的合成线路如下所示：
(1)化合物BYLC-04-1的合成：
向反应瓶中加入3.6g氢化铝锂和300ml四氢呋喃，滴加33.4g环戊基双环己基甲酸
和80ml四氢呋喃组成的溶液，滴毕回流反应3小时，加入酒石酸钾钠水溶液淬灭反应，进行
常规后处理，得到白色固体(化合物BYLC-04-1)26.1g，HPLC：99.7％，收率82.3％；
(2)化合物BYLC-04的合成：
氮气保护下，向反应瓶中加入25g化合物BYLC-04-1，26g BYLC-01-2，29.8g三苯基
膦，100ml二氯甲烷，控温-5～5℃滴加23.2g DIAD和30ml二氯甲烷组成的溶液，滴毕保温反
应0.5小时，自然升温，室温反应3小时，加入100ml水淬灭反应，进行常规后处理，得到白色
固体(化合物BYLC-04)36.6g，GC：99.8％，收率82.7％；
采用GC-MS对所得白色固体BYLC-04进行分析，产物的m/z为470.2(M+)。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):1.25-2.03(m,32H)，3.53-4.05(m,4H),6.13-6.95(m,2H)。
实施例5
依据实施例1、2、3、4的技术方案，只需要简单替换对应的原料，不改变任何实质性
操作，可以合成以下液晶化合物。
实验例1
将实施例1所制得的化合物BYLC-01、和对比例1、对比例2的液晶化合物性能参数
数据进行对比整理，检测结果如表1所示：
表1：液晶化合物的性能检测结果
由表1的检测结果可以明显看出，本发明提供的液晶化合物与传统的相似化学结
构的负介电各向异性化合物相比，具有较高的负介电各向异性△ε，旋转粘度γ1相对小些，
这些正是改善液晶材料所需要的，可以有效提高液晶组合物的介电各向异性△ε，降低驱动
电压，得到响应速度更快的液晶组合物。
实验例2
将实施例4中化合物和对比例3、对比例4的液晶化合物性能参数数据进行对比整
理，检测结果如表2所示：
表2：液晶化合物的性能检测结果
由表2的检测结果可以明显看出，本发明提供的液晶化合物与传统的相似化学结
构的负介电各向异性化合物相比，具有较高的负介电各向异性△ε，旋转粘度γ1相对小些，
这些正是改善液晶材料所需要的，可以有效提高液晶组合物的介电各向异性△ε，降低驱动
电压，得到响应速度更快的液晶组合物。
此外，将本申请所述化合物具体应用在常规体系的液晶组合物中后发现，其可以
显著提高液晶组合物的介电各向异性△ε，同时保持较低的旋转粘度γ1和适当的折射率各
向异性△n，所得液晶组合物具有显著的快速响应特点和低电压驱动特点。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在
本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因
此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。